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四角形暗号は手動対称暗号化技術である。 [ 1 ]フランスの暗号学者フェリックス・ドラステッレ によって発明された。
この技術は文字のペア (ダイグラフ) を暗号化するもので、ポリグラフ置換暗号と呼ばれる暗号のカテゴリに分類されます。これにより、単一の文字を操作するモノグラフ置換暗号と比較して、暗号化の強度が大幅に高まります。ダイグラフを使用すると、4 平方法は頻度分析攻撃を受けにくくなります。これは、モノグラフ置換では 26 個しか分析できないのに対し、ダイグラフを使用すると 676 個のダイグラフで分析を行う必要があるためです。ダイグラフの頻度分析は可能ですが、かなり難しく、一般に、有効にするにははるかに大きな暗号文が必要になります。
四角形を使う
4 マス暗号では、正方形に配置された 5 x 5 (5x5) のマトリックスを 4 つ使用します。5 x 5 のマトリックスにはそれぞれアルファベットの文字が含まれます (通常、アルファベットを縮小して収まるようにするため、「Q」は省略するか、「I」と「J」の両方を同じ場所に配置します)。一般に、左上と右下のマトリックスは「プレーンテキスト スクエア」で、それぞれに標準のアルファベットが含まれます。右上と左下のスクエアは「暗号テキスト スクエア」で、混合アルファベット シーケンスが含まれます。
暗号文のマス目を生成するには、まずマトリックスのスペースにキーワードまたはフレーズの文字を入力し (重複する文字は削除)、次に残りのスペースにアルファベットの残りの文字を順番に入力します (この場合もアルファベットを小さくするため「Q」は省略します)。キーは、テーブルの最上部の行に左から右に書き込むことも、左上隅から始まって中央で終わる螺旋など、他のパターンで書き込むこともできます。キーワードと 5 x 5 テーブルに入力する規則が暗号キーを構成します。4 マス目アルゴリズムでは、2 つの暗号文マトリックスのそれぞれに 1 つずつ、2 つの別々のキーを使用できます。
例として、キーワード「example」と「keyword」の 4 平方行列を次に示します。この例を視覚的にわかりやすくするために、プレーンテキスト行列は小文字で、暗号テキスト行列は大文字になっています。
abcde 試験 フギジ LBCDF クルムノ GHIJK プルストゥ・ノルスト vwxyzUVWYZ キーウォabcde RDABC fghij FGHIJ クルムノ LMNPS prstu TUVXZ vwxyz
アルゴリズム
メッセージを暗号化するには、次の手順に従います。
- ペイロードメッセージを二重字に分割します。( HELLO WORLD はHE LL OW OR LDになります)
- 左上の平文マトリックス内の有向グラフの最初の文字を見つけます。
abcde 試験 fg h ij LBCDF クルムノ GHIJK プルストゥ・ノルスト vwxyzUVWYZ キーウォabcde RDABC fghij FGHIJ クルムノ LMNPS prstu TUVXZ vwxyz
- 右下の平文マトリックス内の有向グラフの 2 番目の文字を見つけます。
abcde 試験 fg h ij LBCDF クルムノ GHIJK プルストゥ・ノルスト vwxyzUVWYZ KEYWO abcd e RDABC fghij FGHIJ クルムノ LMNPS prstu TUVXZ vwxyz
- 暗号化された有向グラフの最初の文字は、平文の最初の文字と同じ行にあり、平文の 2 番目の文字と同じ列にあります。したがって、暗号文マトリックスの右上にあります。
abcde 試験 fg h ij LBCD F クルムノ GHIJK プルストゥ・ノルスト vwxyzUVWYZ KEYWO abcd e RDABC fghij FGHIJ クルムノ LMNPS prstu TUVXZ vwxyz
- 暗号化された有向グラフの 2 番目の文字は、平文の 2 番目の文字と同じ行にあり、平文の最初の文字と同じ列にあります。したがって、暗号文マトリックスの左下にあります。
abcde 試験 fg h ij LBCD F クルムノ GHIJK プルストゥ・ノルスト vwxyzUVWYZ キーWO abcd e RDABC fghij FGHIJ クルムノ LMNPS prstu TUVXZ vwxyz
上記の 4 つの正方形の例を使用して、次の平文を暗号化できます。
平文: 彼は私を助けてくれました、私は私を助けてくれました 暗号文:FY GM KY HO BX MF KK KI MD
ここで四角形をもう一度書きますが、最初の二重音字「he」を「FY」に暗号化するために使用されていない値はすべて空白になっています。
- - - - - - - - - - - - ヒ - - - - - - F - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - や - - - - - - e - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
明らかにわかるように、暗号化の方法は、平文の有向グラフの 2 つの文字で定義される長方形の残りの 2 つの角を見つけるだけです。暗号化された有向グラフは、右上の文字を先頭にして、残りの 2 つの角にある文字だけです。
復号化は逆の手順で同じように行われます。暗号文のダイグラフは分割され、最初の文字は右上のマトリックスに入り、2 番目の文字は左下のマトリックスに入ります。次に、長方形の他の角の位置を特定します。これらは、左上のマトリックス コンポーネントが最初に来る平文のダイグラフを表します。
四角暗号解読
近代以前の暗号の多くと同様に、十分なテキストがあれば、4 平方暗号は簡単に解読できます。平文と暗号文の両方がわかっている場合、キーの取得は比較的簡単です。暗号文のみがわかっている場合、暗号のブルート フォース暗号解読では、キー空間を検索して、2 文字の出現頻度と、元のメッセージの想定言語における 2 文字の既知の出現頻度との一致を探します。
4 平方暗号の解読には、一般的に、繰り返されるモノグラフのパターン マッチングが含まれます。これは、2 つの平文マトリックスがわかっている場合のみです。4 平方暗号では通常、これらのマトリックスで標準アルファベットを使用しますが、必須ではありません。この場合、特定の単語は常に 1 文字の暗号文の繰り返しを生成します。たとえば、MI LI TA RY という単語は、使用されるキーワードに関係なく、常に 1 番目と 3 番目の位置に同じ暗号文の文字を生成します。このようなパターンはカタログ化して、暗号文内の 1 文字の繰り返しと照合できます。次に、候補となる平文を挿入して、暗号文マトリックスを解明しようとします。
プレイフェア暗号とは異なり、4 平方暗号は、平文の逆ダイグラフに対して暗号文の逆ダイグラフを表示しません (たとえば、ダイグラフ AB BA はプレイフェアでは XY YX というパターンに暗号化されますが、4 平方暗号ではそうではありません)。もちろん、これは 2 つのキーワードが異なる場合にのみ当てはまります。4 平方暗号とプレイフェアのもう 1 つの違いは、4 平方暗号の方が強力な暗号化であることです。4 平方暗号では二重文字ダイグラフが発生するという事実です。
あらゆる基準から判断すると、4 スクエアは Playfair よりも強力な情報暗号化システムです。ただし、2 つのキーを使用するため扱いにくく、暗号化/復号化シートの準備に時間がかかります。4 スクエアによる Playfair よりも暗号化の強度がわずかに向上し、十分な暗号文があればどちらの方式も簡単に破られることを考えると、Playfair の方がはるかに一般的になっています。
4 マス暗号のキーを再構築するための優れたチュートリアルは、米国陸軍が作成したフィールド マニュアル 34-40-2 の第 7 章「ポリグラフィック置換システムの解決法」にあります。
参考文献
- ^ William Maxwell Bowers (1959)。「ダイグラフィック置換：プレイフェア暗号、4平方暗号」アメリカ暗号協会、p. 25。